Tulostuspaperin aksiaalisen käyristymän hallinta paperikoneella ja sen mittausmenetelmän parantaminen

The aim of the study was to find out possibilities to improve the repeatability and reliability of the test procedure for post printing curl measurement. On the other hand the target was to find practical control parameters for axial curl in paper production. The phenomenon of paper curl was studied in theory. This covered raw materials and structural properties of paper and paper making process. Different measuring methods of curl were also reviewed. Possible sources for test result variations in current testing procedure were evaluated. Those were the toner coverage of the test image, time delay between printing and measuring, different habits in handling the sheets, different supply trays, pre-warming of the fuser unit, pressure of the fusing nip and time-delay between sampling and testing. The trials at paper machines were delimited to cover the control parameters of the head box and surface sizing. The effect of jet-wire speed ratio, impingement angle of the jet, solid content of the surface sizing starch and the steam ratio of the last drying group were tested. The coverage of the test pattern and the nip pressure of the fuser unit influenced clearly the magnitude of curl after printing. The curl was not stable after printing and the speed of the change depended on the toner coverage of the image. Possibly this time dependence was one reason why different measurers got different results for the same samples. The curl values were practically same regardless of which supply tray in the test machine was used. 500 sheets were found to be a sufficient amount for pre-warming the testing machine. Different pre-conditioning trials did not show clear effects on the curling tendency of the sheets. The jet-to-wire speed ratio and the jet impingement angle were not found to have any influence on the curl. However in that trial paper was dried too much and possibly due to increased hornification of the fibres all curl values were exceptionally low. The steam ratio influenced the curl values in a logical way. The change in the solid content of surface sizing starch had no clear effect on the curl values when the transferred amount of starch was constant, i.e. only the transferred amount of water was changed. There were some indications that the risk for cross machine direction curl increased when the distribution of the orientation anisotropy in thickness direction of the sheet was asymmetric.Työn tavoitteena oli selvittää parannusmahdollisuuksia käyristymän ns. Xerox-scale -mittausmenetelmän toistettavuudelle ja luotettavuudelle. Toisena tavoitteena oli löytää käytännön hallintasuureita aksiaaliselle käyristymiselle paperinvalmistusprosessista. Teoriaosassa käytiin läpi paperin käyristymisilmiön, siihen vaikuttavia tekijöitä ja mittausmenetelmiä. Tarkastelun kohteena olivat mm. raaka-aineen, paperin rakenteellisten ominaisuuksien ja paperin valmistusprosessin teoreettiset vaikutukset käyristymään. Käytössä olevan mittausmenetelmän mahdollisiksi tuloksiin vaikuttaviksi tekijöiksi arvioitiin testikuvan peittoaste, tulostuksen ja mittaamisen välinen viipymäaika, mittaajien erilaiset tavat käsitellä tulostettua paperia, käytetty arkkien syöttölokero tulostimessa, kiinnitysyksikön telojen lämpeneminen kopioinnissa, kiinnitysyksikön nipin paine ja konerullalta leikattujen arkitettujen näytteiden ilmastoituminen ennen mittausta. Paperinvalmistusprosessin testatut hallintasuureet rajattiin koskemaan perälaatikkoa, pintaliimausta ja pintaliimauksen jälkeistä kuivatusta. Kokeiltuja hallintasuureita olivat suihkun ja viiran nopeusero, suihkun iskukulma sekä pintaliiman kuiva-ainepitoisuus ja viimeisen kuivatusryhmän höyrysuhde. Testikuvan peittoaste ja kiinnitysyksikön nippipaine vaikuttivat selvästi tulostuksen jälkeiseen käyristymäarvoon. Arkkien käyristymä muuttui tulostuksen jälkeen. Testikuvan peittoaste vaikutti myös muutoksen nopeuteen. Mahdollisesti käyristymän tulostuksen jälkeinen aikariippuvuus oli yksi syy, miksi eri mittaajat saivat suurestikin toisistaan poikkeavia mittaustuloksia. Testikoneen syöttölokerolla ei havaittu olevan vaikutusta käyristymään. Testikoneen esilämmitykseksi riittää 500 arkin tulostaminen ennen varsinaista mittaamista. Näytteiden ilmastoituminen ei tehdyssä kokeessa vaikuttanut näytteiden käyristymistaipuvuuteen. Suihku-viira nopeussuhde ja suihkun iskukulma eivät vaikuttaneet paperin käyristymiseen. Tosin kokeen aikana paperia kuivattiin liikaa ja mahdollisesti kuitujen sarveistumisen vuoksi kaikki mitatut käyristymät olivat pieniä. Höyrysuhdemuutokset vaikuttivat loogisesti paperin käyristymiseen. Pintaliimatärkkelyksen kuiva-ainepitoisuuden muutos ei vaikuttanut käyristymään, kun paperin pinnalle siirretyn tärkin määrää ei muutettu, eli vain paperiin siirtyneen veden määrä muuttui. Kokeissa saatiin viitettä siitä, että paperin poikkisuuntaisen käyristymän riski kasvaa, jos orientaation anisotropia arkin paksuussuunnassa on epäsymmetrinen